CN111237037A - 一种热能高效回收利用发动机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热能高效回收利用发动机组，包括内燃机、汽轮机、冷凝器、水泵、进水管和出气管，所述内燃机包括气缸和气缸盖，所述气缸内设有与之配合的活塞，所述活塞顶壁上设有盲孔，所述出气管一端封闭另一端开放，出气管开放端位于气缸盖外，出气管封闭端穿过气缸盖进入盲孔内，所述进水管一端位于气缸盖外，进水管另一端穿过气缸盖进入气缸内并穿过出气管外壁进入出气管内，所述汽轮机进气口与出气管开放端连通，汽轮机出气口与冷凝器进气口连通，所述冷凝器出水口与水泵进水口连通，所述水泵出水口与进水管连通；通过使用本装置，可以提高发动机的产生的热能的回收率。

Description

一种热能高效回收利用发动机组
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种热能高效回收利用发动机组。
背景技术
发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机(汽油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能，发动机在工作的时候会产生大量的热能，将热能直接排放极大的浪费能源，目前对热能的回收主要是对发动机的工作后排出的热气进行回收利用，但是此种方式热能回收的效率低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种热能高效回收利用发动机组，通过使用本装置，可以对发动机产生的热能进行高效回收利用，提高能源的使用率。
一种热能高效回收利用发动机组，包括内燃机、汽轮机、冷凝器、水泵、进水管和出气管，所述内燃机包括气缸和气缸盖，所述气缸内设有与之配合的活塞，所述活塞顶壁上设有盲孔，所述出气管一端封闭另一端开放，出气管开放端位于气缸盖外，出气管封闭端穿过气缸盖进入盲孔内，所述进水管一端位于气缸盖外，进水管另一端穿过气缸盖进入气缸内并穿过出气管外壁进入出气管内，所述汽轮机进气口与出气管开放端连通，汽轮机出气口与冷凝器进气口连通，所述冷凝器出水口与水泵进水口连通，所述水泵出水口与进水管连通。
发动机是将空气与燃料以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入气缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能的装置。传统的发动机热能回收装置是对气缸排出的气体进行热能回收，然而此种方式对热能的回收利用效率低，原因如下：气缸的体积是固定的，燃料进入气缸后在气缸内点燃，气缸内温度升高，根据公式PV＝KT，P是压强，V是体积，T是温度，当气缸内温度升高，压强增大，燃料燃烧后在气缸内形成高温高压气体，当气体排出气缸后，体积变大，压强瞬间大幅度减少，此时气体的温度也大幅度减小，此时利用排气管排出的气体进行热能回收，气体温度已经大幅衰减，因此热能回收的效率低。为了提高热能的回收效率，发明人设计了本技术方案，本技术方案中设置进水管和出气管，在活塞顶壁上设有盲孔，出气管一端封闭另一端开放，出气管开放端位于气缸盖外，出气管封闭端穿过气缸盖进入盲孔内，出气管封闭端和活塞能够相对运动，如此设置出气管不影响活塞的正常工作，所述进水管一端位于气缸盖外，进水管另一端穿过气缸盖进入气缸内并穿过出气管外壁进入出气管内，出气管开放端与汽轮机进气口连通，汽轮机的出气口与冷凝器进气口连通，冷凝器的排水口与水泵进水口连通，水泵出水口与进水管连通，使用时，通过进水管进水，水输入到出气管内，由于气缸内气体温度很高，通过出气管将热传导进入出气管内，使出气管内的水蒸发为高温高压的水蒸气，高温高压的水蒸气从出气管排出进入汽轮机内，推动汽轮机的运动，从而实现热能的回收，从汽轮机排出的气体经过冷凝器冷凝成液体再经过水泵排入进水管，完成一个水循环，如此直接在气缸内对燃料燃烧产生的热能进行吸收，从而对热能进行回收利用，提高热能的回收率，通过实验，在气缸外对热能进行回收的回收效率较低，一般只能达到5％左右，而在气缸内直接对燃料燃烧产生的热能进行回收，回收效率可到达20％-30％，通过使用本装置，可以显著提升热能的回收效率。
优选地，所述出气管包括出气水平段和出气竖直段，所述出气水平段穿过气缸盖，所述出气竖直段进入盲孔内，所述进水管包括进水水平段和进水竖直段，所述进水水平段穿过气缸盖，进水竖直段穿过出气管外壁进入出气竖直段内。
优选地，所述进水竖直段和出气竖直段同轴设置。
优选地，还包括水箱，所述水箱进水口与冷凝器出水口连通，所述水箱出水口与水泵进水口连通。本技术方案中设置水箱，便于对水循环进行供水补充，防止水份损失后在气缸内产生的水蒸气减少从而影响热能的回收效率。
优选地，所述水泵为高压水泵。
优选地，还包括供水加压装置、单向进水阀门和单向出水阀门，所述供水加压装置包括第一活塞缸和与第一活塞缸匹配的第一活塞，所述第一活塞顶端连接有第一弹簧，所述第一活塞缸的侧壁开有进水孔和出水孔；所述单向进水阀门包括壳体、阻挡板和第二弹簧，所述壳体上开有第一进水孔和第一出水孔，所述第一进水孔与水箱出水口连通，第一出水孔与进水孔连通，所述第二弹簧固定于壳体内壁，所述阻挡板与第二弹簧连接，阻挡板能够将第一进水孔封闭；所述单向出水阀门包括第一壳体、第一阻挡板和第三弹簧，所述第一壳体上开有第二进水孔和第二出水孔，所述第二进水孔与出水孔连通，所述第二出水孔与水泵连通，所述第三弹簧固定于第一壳体内壁，所述第一阻挡板与第三弹簧连接，第一阻挡板能够将第二进水孔封闭。
单独采用水泵抽水进入进水管内，水泵需要较大的功率，本技术方案中设置供水加压装置，使用时，将第一弹簧固定于车大梁或者车体下支臂上，车辆运行过程中会产生抖动，抖动会带动第一弹簧伸缩，第一弹簧伸缩会带动第一活塞上下运动，当第一活塞往上运动时，由于第一活塞缸内的压强小于大气压，因此第一活塞向上运动时，会吸引第二弹簧和第三弹簧运动，此时第三弹簧运动使第一阻挡板将第二进水孔封闭，第二弹簧运动时阻挡板脱离第一进水孔，同时从水箱留出来的水会对第二弹簧造成压力，使第一进水孔打开，此时从水箱流出来的水穿过第一进水孔和第一出水孔进入第一活塞缸内腔；当车辆抖动带动第一活塞往下运动时，由于第一活塞挤压的压力，此时阻挡板将第一进水孔封闭，同时第一活塞缸内的水挤压第三弹簧，第三弹簧带动第一阻挡板运动，第二进水孔打开，水只能从第一活塞缸内通过第二进水孔和第二出水孔排入水泵内，如此利用车辆抖动带动第一活塞的上下运动，使水在进入水泵之前对水进行加压，可以减小水泵使用的功率，节约能源。
优选地，所述盲孔竖直设置。
优选地，所述盲孔布设于活塞顶壁中部。
优选地，所述冷凝器设置为多个，每个冷凝器进气口均与汽轮机出气口连通，每个冷凝器出水口均与水泵连通。本技术方案中对直接在气缸内对燃料燃烧产生的热能进行回收，热能回收效率高，因此进入汽轮机的水蒸气的温度高，汽轮机排放出来的气体温度比普通的高，使用一个冷凝器进行冷却需要体积较大的冷凝器才能实现，冷凝器体积较大不便于安装，本技术方案中将冷凝器设置为多个，每个冷凝器进气口均与汽轮机的出气口连通，每个冷凝器的出水口均与水泵进水口连通，多个冷凝器分散布置，便于冷凝器的安装。
本发明的有益效果体现在：本技术方案中设置进水管和出气管，在活塞顶壁上设有盲孔，出气管一端封闭另一端开放，出气管开放端位于气缸盖外，出气管封闭端穿过气缸盖进入盲孔内，出气管封闭端和活塞能够相对运动，如此设置出气管不影响活塞的正常工作，所述进水管一端位于气缸盖外，进水管另一端穿过气缸盖进入气缸内并穿过出气管外壁进入出气管内，出气管开放端与汽轮机进气口连通，汽轮机的出气口与冷凝器进气口连通，冷凝器的排水口与水泵进水口连通，水泵出水口与进水管连通，使用时，通过进水管进水，水输入到出气管内，由于气缸内气体温度很高，通过出气管将热传导进入出气管内，使出气管内的水蒸发为高温高压的水蒸气，高温高压的水蒸气从出气管排出进入汽轮机内，推动汽轮机的运动，从而实现热能的回收，从汽轮机排出的气体经过冷凝器冷凝成液体再经过水泵排入进水管，完成一个水循环，如此直接在气缸内对燃料燃烧产生的热能进行吸收，从而对热能进行回收利用，提高热能的回收率，通过实验，在气缸外对热能进行回收的回收效率较低，一般只能达到5％左右，而在气缸内直接对燃料燃烧产生的热能进行回收，回收效率可到达20％-30％，通过使用本装置，可以显著提升热能的回收效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中供水加压装置的整体结构示意图。
附图中，1-气缸，2-气缸盖，3-进水管,4-出气管，5-活塞,6-盲孔,8-汽轮机，9-冷凝器，10-水箱，11-水泵，12-供水加压装置，13-出气孔，14-第一活塞缸，15-第一活塞，16-进水孔，17-出水孔，18-单向进水阀门，19-单向出水阀门，20-第一弹簧，181-壳体，182-阻挡板，183-第二弹簧，184-第一进水孔，185-第一出水孔，191-第一壳体，192-第一阻挡板，193-第三弹簧，194-第二进水孔，195-第二出水孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示，本实施例中包括内燃机、汽轮机8、冷凝器9、水泵11、进水管3和出气管4，所述内燃机包括气缸1和气缸盖2，所述气缸1内设有与之配合的活塞5，所述活塞5顶壁上设有盲孔6，所述出气管4一端封闭另一端开放，出气管4开放端位于气缸盖2外，出气管4封闭端穿过气缸盖2进入盲孔6内，所述进水管3一端位于气缸盖2外，进水管3另一端穿过气缸盖2进入气缸1内并穿过出气管4外壁进入出气管4内，所述汽轮机8进气口与出气管4开放端连通，汽轮机8出气口与冷凝器9进气口连通，所述冷凝器9出水口与水泵11进水口连通，所述水泵11出水口与进水管3连通。
本实施例中所述盲孔6竖直设置，本实施例中所述盲孔6布设于活塞5顶壁中部，本实施例中所述出气管4包括出气水平段41和出气竖直段42，所述出气水平段41穿过气缸盖2，所述出气竖直段42进入盲孔6内，所述进水管3包括进水水平段31和进水竖直段32，所述进水水平段31穿过气缸盖2，进水竖直段32穿过出气管4外壁进入出气竖直段42内。本实施例中所述进水竖直段32和出气竖直段42同轴设置。
本实施例中可以设置多个出气竖直段42和多个进水竖直段32，对应盲孔6也设置为多个，每个出气竖直段42对应进入一个盲孔6内，每个进水竖直段32对应进入一个出气竖直段42内，进水竖直段32将水注入出气竖直段42内，设置多根进水竖直段32和出气竖直段42可以对气缸1内的高温进行充分的利用，使热能回收效率更高。
实施例2
如图2所示，为了防止水份损失后在气缸1内产生的水蒸气减少从而影响热能的回收效率，本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定：本实施例中还包括水箱10，所述水箱10进水口与冷凝器9出水口连通，所述水箱10出水口与水泵11进水口连通。本实施例中水泵11为高压水泵。
为了减小水泵11的功率，本实施例中还包括供水加压装置12、单向进水阀门18和单向出水阀门19，所述供水加压装置12包括第一活塞缸14和与第一活塞缸14匹配的第一活塞15，所述第一活塞15顶端连接有第一弹簧20，所述第一活塞缸14的侧壁开有进水孔16和出水孔17；所述单向进水阀门18包括壳体181、阻挡板182和第二弹簧183，所述壳体181上开有第一进水孔184和第一出水孔185，所述第一进水孔184与水箱10出水口连通，第一出水孔185与进水孔16连通，所述第二弹簧183固定于壳体181内壁，所述阻挡板182与第二弹簧183连接，阻挡板182能够将第一进水孔184封闭；所述单向出水阀门19包括第一壳体191、第一阻挡板192和第三弹簧193，所述第一壳体191上开有第二进水孔194和第二出水孔195，所述第二进水孔194与出水孔17连通，所述第二出水孔195与水泵11连通，所述第三弹簧193固定于第一壳体191内壁，所述第一阻挡板192与第三弹簧193连接，第一阻挡板192能够将第二进水孔194封闭。本实施例中供水加压装置12也可以设置为多个，使进入水泵11的水压力更高，减少水泵11使用的功率。
实施例3
为了防止冷凝器9过大不便于安装，本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，所述冷凝器9设置为多个，每个冷凝器9进气口均与汽轮机8出气口连通，每个冷凝器9出水口均与水泵11连通。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，包括内燃机、汽轮机(8)、冷凝器(9)、水泵(11)、进水管(3)和出气管(4)，所述内燃机包括气缸(1)和气缸盖(2)，所述气缸(1)内设有与之配合的活塞(5)，所述活塞(5)顶壁上设有盲孔(6)，所述出气管(4)一端封闭另一端开放，出气管(4)开放端位于气缸盖(2)外，出气管(4)封闭端穿过气缸盖(2)进入盲孔(6)内，所述进水管(3)一端位于气缸盖(2)外，进水管(3)另一端穿过气缸盖(2)进入气缸(1)内并穿过出气管(4)外壁进入出气管(4)内，所述汽轮机(8)进气口与出气管(4)开放端连通，汽轮机(8)出气口与冷凝器(9)进气口连通，所述冷凝器(9)出水口与水泵(11)进水口连通，所述水泵(11)出水口与进水管(3)连通。
2.根据权利要求1所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，所述出气管(4)包括出气水平段(41)和出气竖直段(42)，所述出气水平段(41)穿过气缸盖(2)，所述出气竖直段(42)进入盲孔(6)内，所述进水管(3)包括进水水平段(31)和进水竖直段(32)，所述进水水平段(31)穿过气缸盖(2)，进水竖直段(32)穿过出气管(4)外壁进入出气竖直段(42)内。
3.根据权利要求2所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，所述进水竖直段(32)和出气竖直段(42)同轴设置。
4.根据权利要求1所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，还包括水箱(10)，所述水箱(10)进水口与冷凝器(9)出水口连通，所述水箱(10)出水口与水泵(11)进水口连通。
5.根据权利要求4所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，所述水泵(11)为高压水泵。
6.根据权利要求4所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，还包括供水加压装置(12)、单向进水阀门(18)和单向出水阀门(19)，所述供水加压装置(12)包括第一活塞缸(14)和与第一活塞缸(14)匹配的第一活塞(15)，所述第一活塞(15)顶端连接有第一弹簧(20)，所述第一活塞缸(14)的侧壁开有进水孔(16)和出水孔(17)；所述单向进水阀门(18)包括壳体(181)、阻挡板(182)和第二弹簧(183)，所述壳体(181)上开有第一进水孔(184)和第一出水孔(185)，所述第一进水孔(184)与水箱(10)出水口连通，第一出水孔(185)与进水孔(16)连通，所述第二弹簧(183)固定于壳体(181)内壁，所述阻挡板(182)与第二弹簧(183)连接，阻挡板(182)能够将第一进水孔(184)封闭；所述单向出水阀门(19)包括第一壳体(191)、第一阻挡板(192)和第三弹簧(193)，所述第一壳体(191)上开有第二进水孔(194)和第二出水孔(195)，所述第二进水孔(194)与出水孔(17)连通，所述第二出水孔(195)与水泵(11)连通，所述第三弹簧(193)固定于第一壳体(191)内壁，所述第一阻挡板(192)与第三弹簧(193)连接，第一阻挡板(192)能够将第二进水孔(194)封闭。
7.根据权利要求1所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，所述盲孔(6)竖直设置。
8.根据权利要求1所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，所述盲孔(6)布设于活塞(5)顶壁中部。
9.根据权利要求1所述的一种热能高效回收利用发动机组，其特征在于，所述冷凝器(9)设置为多个，每个冷凝器(9)进气口均与汽轮机(8)出气口连通，每个冷凝器(9)出水口均与水泵(11)连通。
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